DE112008002494B4

DE112008002494B4 - Brennstoffzellensystem

Info

Publication number: DE112008002494B4
Application number: DE112008002494T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Bono
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: DE112008002494T5; DE112008002494B8; US8541142B2; JP4363475B2; US20100261078A1; CN101809794B; CN101809794A; JP2009087652A; WO2009041271A1

Abstract

Brennstoffzellensystem (10) aufweisend: ein Oxidationsgaszuführventil (32), das an einem Durchflussweg (37) zum Zuführen von Oxidationsgas, das Luft ist, zu einem Brennstoffzellenstapel (22) vorgesehen ist; ein Oxidationsgasauslassventil (34), das an einem Durchflussweg (39) zum Auslassen des Oxidationsgases vom Brennstoffzellenstapel (22) vorgesehen ist; eine Druckerfassungseinheit (23), welche einen Kathodendruckwert erfasst, welcher ein Druck in einem Durchflussweg (38) zwischen dem Oxidationsgaszuführventil (32) und dem Oxidationsgasauslassventil (34) ist, und einen Oxidationsgasdurchflussweg (38) im Brennstoffzellenstapel (22) umfasst; und einen Stopp-Prozessor, welcher das Oxidationsgaszuführventil (32) und das Oxidationsgasauslassventil (34) schließt, wenn ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird; das Brennstoffzellensystem (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: eine Beurteilungseinheit, welche einen Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführventils (32) und des Oxidationsgasauslassventils (34) basierend auf einem Stoppzeit-Kathodendruckwert, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird, und einem Inbetriebnahme-Kathodendruckwert, wenn der Brennstoffzellenstapel (22) wieder in Betrieb genommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt worden ist, beurteilt, wobei die Beurteilungseinheit die Betriebsdefektbeurteilung ausführt, wenn eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt an, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) wieder aufgenommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt worden ist, größer oder gleich einer gesamten Zeitdauer aus einer Zeitdauer ist, in welcher ein Kathodendruckwert aufgrund einer Reaktion des Brenngases ...

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein Brennstoffzellensystem in welchem ein Ventil in jedem Durchflussweg zum Zuführen oder Auslassen von Oxidationsgas oder Brenngas zu oder von einem Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Ventil ist in jedem Durchflussweg zum Zuführen von Brenngas oder Oxidationsgas zu einer Brennstoffzelle und zum Auslassen des Brenngases oder Oxidationsgases von der Brennstoffzelle vorgesehen. Um einen Fehler bzw. ein Fehlverhalten dieser Ventile beim Öffnen zu erfassen, offenbart zum Beispiel die JP 2004-95425 A eine Vorrichtung, die ein erstes Öffnen/Schließen-Ventil aufweist, welches in einer Brenngaszuführleitung, die mit der Brennstoffzelle verbunden ist, platziert ist, ein zweites Öffnen/Schließen-Ventil, welches stromabwärts vom ersten Öffnen/Schließen-Ventil entlang einer Durchflussrichtung des Brenngases platziert ist, einen ersten Drucksensor, welcher einen Druck des Brenngases zwischen dem ersten Öffnen/Schließen-Ventil und dem zweiten Öffnen/Schließen-Ventil erfasst, eine Stoppzeit-Öffnen/Schließen-Ventil-Betriebseinheit, welche das erste Öffnen/Schließen-Ventil und anschließend das zweite Öffnen/Schließen-Ventil schließt, wenn die Brennstoffzelle bzw. deren Betrieb gestoppt wird, einen Stoppzeit-Druckspeicher, welcher zumindest eine Ausgabe des ersten Drucksensors speichert, wenn die Brennstoffzelle bzw. deren Betrieb gestoppt wird, und eine Fehlerdiagnoseeinheit, welche die Ausgabe des ersten Drucksensors, wenn ein Betrieb, nachdem die Brennstoffzelle bzw. deren Betrieb gestoppt wird, neu gestartet wird, mit der Ausgabe des ersten Drucksensors, wenn die Brennstoffzelle gestoppt wird, was im Stoppzeit-Druckspeicher gespeichert ist, vergleicht, und feststellt, ob das erste Öffnen/Schließen-Ventil und/oder das zweite Öffnen/Schließen-Ventil eine Fehlfunktion hatte. In diesem Referenzdokument wird beschrieben, dass, wenn sich der Referenzdruck in einem Volumenbereich, der durch das erste Öffnen/Schließen-Ventil und das zweite Öffnen/Schließen-Ventil definiert wird, auf einen größeren Wert ändert, beurteilt wird, dass das erste Öffnen/Schließen-Ventil eine Fehlfunktion hatte, und, wenn sich der Druckwert auf einen kleinen Wert ändert, beurteilt wird, dass das zweite Öffnen/Schließen-Ventil eine Fehlfunktion hatte.
Ein Brennstoffzellensystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zudem aus der DE 11 2008 000 547 T5 bekannt, die Stand der Technik nach §3(2) PatG darstellt.
Offenbarung der Erfindung
Zu lösendes Problem
Wie obenstehend beschrieben ist es unter Verwendung der Struktur der JP 2004-95425 A möglich, den Öffnungsfehler des ersten Öffnen/Schließen-Ventils oder des zweiten Öffnen/Schließen-Ventils, welche an der Brenngaszuführleitung platziert sind, zu erfassen. Allerdings bedingt die Verwendung der Struktur der JP 2004-95425 A , dass zuerst das erste Öffnen/Schließen-Ventil geschlossen wird und erst dann das zweite Öffnen/Schließen-Ventil, wenn die Brennstoffzelle bzw. deren Betrieb gestoppt wird, um die Druckdifferenz im Volumenbereich, der durch die Öffnen/Schließen-Ventile definiert wird, zu erzeugen, was unvorteilhaft ist. Zudem wäre die Druckdifferenz, wenn der Druck im Brenngastank ursprünglich klein ist, selbst nach dem obenstehend beschriebenen Betrieb, wenn die Öffnen/Schließen-Ventile geschlossen werden, klein, wodurch es nicht möglich wäre, den Öffnungsfehler zu erfassen. Daher kann die Struktur der JP 2004-95425 A nur bei einem schmalen Bereich von Strukturen angewendet werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt im Bereitstellen eines Brennstoffzellensystems, in welchem ein Betriebsausfall bzw. Betriebsfehler eines Ventils, das an einem Durchflussweg vorgesehen ist, einfacher erfasst werden kann.
Mittel zum Lösen des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Brennstoffzellensystem vorgesehen, aufweisend: ein Oxidationsgaszuführventil, welches an einem Durchflussweg zum Zuführen von Oxidationsgas zu einem Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist, ein Oxidationsgasauslassventil, das an einem Durchflussweg zum Auslassen von Oxidationsgas von dem Brennstoffzellenstapel vorgesehen ist, eine Druckerfassungseinheit, welche einen Kathodendruckwert erfasst, welcher ein Druck in einem Durchflussweg zwischen dem Oxidationsgaszuführventil und dem Oxidationsgasauslassventil ist und einen Oxidationsgasdurchflussweg im Brennstoffzellenstapel umfasst, einen Stopp-Prozessor, welcher das Oxidationsgaszuführventil und das Oxidationsgasauslassventil schließt, wenn ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt wird. Das Brennstoffzellensystem weist ferner auf: eine Beurteilungseinheit, welche einen Betriebsausfall bzw. einen Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführventils und des Oxidationsgasauslassventils basierend auf einem Stoppzeit-Kathodendruckwert beurteilt bzw. feststellt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt wird, und einem Inbetriebnahme-Kathodendruckwert, wenn der Brennstoffzellenstapel wieder in Betrieb genommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt worden ist, wobei die Beurteilungseinheit die Betriebsdefektbeurteilung ausführt, wenn eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt an, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels wieder aufgenommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt worden ist, größer oder gleich einer gesamten Zeitdauer aus einer Zeitdauer ist, in welcher ein Kathodendruckwert aufgrund einer Reaktion des Brenngases, das von der Anodenseite zur Kathodenseite wandert, und des verbleibenden Sauerstoffs im Oxidationsgas auf der Kathodenseite reduziert wird, einer Zeitdauer, in welcher der Kathodendruckwert aufgrund des auf der Kathodenseite vorhandenen Brenngases, nachdem der verbleibende Sauerstoff im Oxidationsgas verbraucht ist, vorübergehend angehoben wird, und einer Zeitdauer, in welcher der Kathodendruckwert aufgrund einer Reduzierung von im Oxidationsgas verbleibendem Stickstoff reduziert wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung beurteilt in dem Brennstoffzellensystem die Beurteilungseinheit bevorzugt, dass sich zumindest das Oxidationsgaszuführventil und/oder das Oxidationsgasauslassventil im Betriebsausfallzustand bzw. Betriebsdefektzustand befinden, wenn ein Wert, der durch Subtrahieren des Inbetriebnahme-Kathodendruckwertes von dem Stoppzeit-Kathodendruckwertes erhalten wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist.
Vorteile
Gemäß zumindest einer der obenstehend beschriebenen Konfigurationen weist das Brennstoffzellensystem eine Beurteilungseinheit auf, welche einen Betriebsausfall bzw. einen Betriebsfehler des Oxidationsgaszuführventils und des Oxidationsgasauslassventils basierend auf dem Stoppzeit-Kathodendruckwert beurteilt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt wird, und auf dem Inbetriebnahme-Kathodendruckwert, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels wieder aufgenommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt worden ist. Daher ist es möglich, den Betriebsausfall bzw. den Betriebsfehler des Ventils, das an dem Durchflussweg, durch welchen das Oxidationsgas fließt, vorgesehen ist, einfacher zu erfassen.
Zusätzlich beurteilt die Beurteilungseinheit, dass sich das Oxidationsgaszuführventil und/oder das Oxidationsgasauslassventil im Betriebsausfallzustand befindet, wenn der Wert, der durch Subtrahieren des Inbetriebnahme-Kathodendruckwertes von dem Stoppzeit-Kathodendruckwert erhalten wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist. Daher ist es möglich, den Betriebsausfall bzw. den Betriebsfehler des Ventils, das an einem Durchflussweg vorgesehen ist, durch welchen das Oxidationsgas fließt, einfacher zu erfassen.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt ein Diagramm, das eine Struktur eines Brennstoffzellensystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt ein Diagramm, das eine Veränderung bezüglich der Zeit eines Kathodendruckwertes darstellt, nachdem ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels gestoppt wird, wobei der Kathodendruckwert entlang der Vertikalachse dargestellt wird und die Zeit entlang einer Horizontalachse.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das Verfahren zur Beurteilung von einem Betriebsausfall eines Oxidationsgaszuführabstellventils und eines Oxidationsgasauslassabstellventils, die an Durchflusswegen in einem Brennstoffzellensystem vorgesehen sind, darstellt.
Bezugszeichenliste

10: Brennstoffzellensystem;
12, 14: Kathodendruckkennlinie;
20: Brennstoffzellenkörper;
21: Anodendruckmessvorrichtung;
22: Brennstoffzellenstapel;
23: Kathodendruckmessvorrichtung;
24: Befeuchter;
26: Brenngastank;
28: Verdünner;
30: Steuerung;
32: Oxidationsgaszuführabstellventil bzw. Oxidationsgaszuführventil;
34: Oxidationsgasauslassabstellventil bzw. Oxidationsgasauslassventil;
35: Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassdurchflussweg;
36: Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil;
37: Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg;
38: Oxidationsgasweg;
39: Oxidationsgas-Auslassseite-Durchflussweg;
40: Oxidationsgasquelle;
45: Druckeinstellventil;
46: Regler;
47: Durchflussweiche;
48: Auslassventil;
49: Zirkulationsdruckerhöhungsvorrichtung;
50: Elektromagnetische-Ventil-Speicherbox;
74, 76: Elektromagnetisches Ventil;
101: BZ-Systemsteueranweisung-Aufnahmemodul;
102: BZ-Systeminbetriebnahmemodul;
103: BZ-Systembetriebsmodul;
104: BZ-Systemstoppmodul;
106: Kathodendruckmessmodul;
108: Vergangene-Zeit-Beurteilungsmodul;
109: Betriebsausfallbeurteilungsmodul;
110: Speicher;
130: Benachrichtigungsvorrichtung;
140: Vergangene-Zeit-Messvorrichtung;
150: Steueranweisung-Aufnahmeeinheit.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anschließend im Detail bezüglich der Figuren beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird ein Brennstoffzellensystem beschrieben, in welchem ein Abstellventil, welches unter Verwendung eines Gasdrucks gesteuert wird, an einem Durchflussweg an einer Kathodenseite der Brennstoffzelle vorgesehen ist, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt ist, und das Abstellventil auch an einer Durchflussseite an der Anodenseite vorgesehen sein kann. Zusätzlich wird in der folgenden Beschreibung ein Brennstoffzellensystem mit Ventilen beschrieben, die an den Durchflusswegen vorgesehen sind und Abstellventile sind, welche unter Verwendung eines Gasdrucks gesteuert werden, wobei die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt ist, und auch andere Ventile, wie z. B. ein elektromagnetisches Ventil, welches elektrisch gesteuert wird, alternativ verwendet werden kann.
1 zeigt ein Diagramm, dass eine Struktur eines Brennstoffzellensystems 10 darstellt. Das Brennstoffzellensystem 10 weist einen Brennstoffzellenkörper 20 und eine Steuerung 30 auf. Das Brennstoffzellensystem 10 weist einen Brennstoffzellenstapel 22 auf, in welchem eine Mehrzahl von Brennstoffbatteriezellen gestapelt ist, Elemente zum Zuführen von Brenngas, die an der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 platziert sind, und Elemente zum Zuführen von Oxidationsgas, die an der Kathodenseite platziert sind.
Der Brennstoffzellenstapel 22 ist ein Batterie-Pack, in welchem eine Mehrzahl von Einheitszellen gestapelt ist, wobei die Einheitszelle durch Platzieren von Separatoren an beiden Enden einer MEA (Membranelektrodenanordnung), in welcher Katalysator-Elektrodenschichten an beiden Seiten einer Elektrolytmembran platziert sind, erhalten wird, und die MEA über die Seperatoren „sandwichartig” aufnehmen. Der Brennstoffzellenstapel 22 hat die Funktion, das Brenngas, wie z. B. Wasserstoff, der Anodenseite zuzuführen; Oxidationsgas einschließlich Sauerstoff, wie z. B. Luft, der Kathodenseite zuzuführen; Leistung durch bzw. über eine elektrochemische Reaktion durch die Elektrolytmembran zu erzeugen; und eine erforderliche Leistung zu gewinnen.
Ein Brenngastank 26 an der Anodenseite ist eine Wasserstoffgasquelle und führt Wasserstoff als Brenngas zu. Ein Regler 46, der mit dem Brenngastank 26 verbunden ist, hat eine Funktion, das Gas vom Brenngastank 26, welcher die Wasserstoffgasquelle ist, auf einen passenden Druck und eine passende Durchflussrate einzustellen. Eine Anodendruckmessvorrichtung 21, die am Ausgabeausgang des Reglers 46 vorgesehen ist, ist eine Messvorrichtung, welche einen Druck von zugeführtem Wasserstoff erfasst. Der Ausgabeausgang des Reglers 46 ist mit dem anodenseitigen Eingang des Brennstoffzellenstapels 22 verbunden, und das Brenngas, dessen Druck und Durchflussrate passend eingestellt ist, wird dem Brennstoffzellenstapel 22 zugeführt.
Eine Durchflussweiche 47, die mit einem anodenseitigen Ausgang des Brennstoffzellenstapels 22 verbunden ist, ist zum Zuführen von Auslassgas durch ein Auslassventil 48 zu einem Verdünner 28 vorgesehen, wenn die Konzentration des Verunreinigungsgases bzw. des verunreinigten Gases im Auslassgas vom anodenseitigen Ausgang erhöht wird. Darüber hinaus ist eine Zirkulationsdruckerhöhungsvorrichtung 49, die stromabwärts der Durchflussweiche 47 und vor dem anodenseitigen Eingang vorgesehen ist, eine Wasserstoffpumpe, mit einer Funktion, den Partialdruck des Wasserstoffs des Gases, das vom anodenseitigen Ausgang zurückkehrt, erhöht, um das Gas zum anodenseitigen Eingang zurückzuführen, und somit das Gas wieder zu verwenden.
Für eine Oxidationsgasquelle 40 an der Kathodenseite kann in der Praxis Umgebungsluft verwendet werden. Die Umgebungsluft, welche die Oxidationsgasquelle 40 ist, wird durch einen Filter zu einem Luftkompressor (ACP, englisch: air compressor) 42 zugeführt. Der ACP 42 ist eine Druckerhöhungsvorrichtung, welche das Oxidationsgas mit einem Motor im Volumen verdichtet, und somit den Druck des Oxidationsgases erhöht.
Der Befeuchter 24 hat eine Funktion, das Oxidationsgas für eine effiziente Brennstoffzellenreaktion im Brennstoffzellenstapel 22 angemessen bzw. geeignet zu befeuchten. Das Oxidationsgas, welches durch den Befeuchter 24 angemessen befeuchtet wird, wird dem kathodenseitigen Eingang des Brennstoffzellenstapels 22 zugeführt, und aus dem kathodenseitigen Ausgang ausgelassen. Da die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 22 aufgrund der Brennstoffzellenreaktion ansteigt, liegt das Auslasswasser in Wasserdampfform vor, wobei der Wasserdampf zu dem Befeuchter 24 zurückgeführt wird, so dass das Oxidationsgas angemessen befeuchtet werden kann.
Ein Druckmessgerät, das stromabwärts des Ausgangs des Brennstoffzellenstapels 22 in einem Oxidationsgas-Auslassseite-Durchflussweg 39 vorgesehen ist, kann als Kathodendruckmessvorrichtung 23 bezeichnet werden. Die Kathodendruckmessvorrichtung 23 ist eine Druckerfassungseinheit, welche einen Druck eines Durchflussweges zwischen einem Oxidationsgaszuführabstellventil bzw. Oxidationsgaszuführventil 32 und einem Oxidationsgasauslassabstellventil bzw. Oxidationsgasauslassventil 34, welche später beschrieben werden, erfasst.
Ein Druckeinstellventil 45, das stromabwärts der Kathodendruckmessvorrichtung 23 vorgesehen ist, wird auch als Gegendruckventil bezeichnet, und hat eine Funktion, einen Gasdruck an dem kathodenseitigen Ausgang einzustellen, und die Durchflussrate des Oxidationsgases zum Brennstoffzellenstapel 22 einzustellen. Ein Ausgabeausgang des Druckeinstellventils 45 ist mit einem Befeuchter 24 verbunden, wodurch das Gas in den Verdünner 28 eintritt, nachdem das Gas, das aus dem Druckeinstellventil 45 austritt, dem Befeuchter 24 Wasserdampf zuführt, wobei dieses Gas anschließend an die Umgebung ausgelassen wird.
Der Verdünner 28 ist ein Zwischenspeicher zum Ansammeln von Wasserstoff vom Auslassventil 48 an der Anodenseite, in welchem ein Verunreinigungsgas und ein Wassergehalt bzw. Wasserdampf vermischt werden, und feucht-vermischtem Wasserdampf, der von der Kathodenseite durch die MEA austritt, und Auslassen desselben an die Umgebung mit einer passenden bzw. geeigneten Wasserstoffkonzentration.
Das Oxidationsgaszuführabstellventil 32, das zwischen dem Befeuchter 24 und dem Brennstoffzellenstapel 22 in einem Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 verbunden und vorgesehen ist, ist ein Öffnen/Schließen-Ventil, welches normalerweise geöffnet ist, und geschlossen, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird oder dergleichen. Der Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 wird geschlossen, um das Zuführen des Oxidationsgases zu stoppen, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird, um eine Oxidation oder dergleichen der Katalysatorschicht, die im Brennstoffzellenstapel 22 enthalten ist, zu verhindern bzw. zu hemmen.
Außerdem ist das Oxidationsgasauslassabstellventil 34, das zwischen dem Brennstoffzellenstapel 22 und dem Befeuchter 24; insbesondere zwischen dem Druckeinstellventil 45 und dem Befeuchter 24 im Oxidationsgas-Auslassseite-Durchflussweg 39 verbunden und vorgesehen ist, ein Öffnen/Schließen-Ventil, welches normalerweise geöffnet ist, und geschlossen, wenn der Betrieb des Brennstoffzellensystems 10 gestoppt wird oder dergleichen, ähnlich dem Oxidationsgaszuführabstellventil 32.
Zusätzlich ist ein Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassdurchflussweg 35 im Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 vorgesehen, der am Befeuchter 24 vorbei fließt, und parallel zum Durchflussweg durch das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 verläuft. Ein Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36, das am Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassdurchflussweg 35 platziert und mit diesem verbunden ist, ist ein Öffnen/Schließen-Ventil, welches normalerweise geschlossen ist, bei Bedarf allerdings auch geöffnet.
Das Oxidationsgaszuführabstellventil 32, das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 und das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 unterscheiden sich darin, dass die ersten zwei Ventile sich normalerweise in einem geöffneten Zustand befinden, wobei sich das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 normalerweise in einem geschlossenen Zustand befindet, wobei die Strukturen bzw. der Aufbau im allgemeinen identisch ist. Das Oxidationsgaszuführabstellventil 32, das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 als auch das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 ist ein flüssigkeitsgesteuertes Ventil mit einem beweglichen Element wie z. B. einem Kolben, welcher gemäß einem Innendruck einer Druckkammer arbeitet.
Zum Beispiel hat das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 einen Schacht, in welchem das bewegliche Element wie z. B. der Kolben nach hinten und nach vorne bewegt werden kann; wobei die Eingangsseite des Schachts mit dem Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 an der Seite nahe zum Befeuchter 24 verbunden ist, und die Ausgangsseite des Schachts mit dem Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 an der Seite nahe dem Brennstoffzellenstapel 22 verbunden ist. Wenn der Innendruck der Druckkammer verändert wird und das bewegliche Element in den Schacht eintritt, wird der Schacht im Oxidationsgaszuführabstellventil geschlossen, und der Durchfluss des Oxidationsgases blockiert. Auf diese Weise ist es möglich, durch Steuern des Innendrucks der Druckkammer das bewegliche Element nach vorne und nach hinten zu bewegen; d. h., den Durchfluss des Oxidationsgases im Oxidationsgas-Zuführseite-Durchflussweg 37 wie erforderlich zu schließen bzw. zu unterbrechen.
Eine Magnetische-Ventilspeicherbox 50 ist eine Box, welche elektromagnetische Ventile 74 und 76 zum Steuern einer Bereitstellung eines Arbeitsfluids für das Oxidationsgaszuführabstellventil 32, das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 und das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 kollektiv speichert bzw. aufnimmt. Für das Oxidationsgaszuführabstellventil 32, das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 als auch das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 werden das elektromagnetische Ventil 74, welches ein Drei-Wege-Ventil ist, und das elektromagnetische Ventil 76, welches aus zwei Zwei-Wege-Ventilen besteht, verwendet, um den Innendruck der Druckkammer des Oxidationsgaszuführabstellventils 32, des Oxidationsgasauslassabstellventils 34, und des Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventils 36 zu steuern.
Eine Vergangene-Zeit-Messvorrichtung 140 ist eine Messvorrichtung, welche mit einer Steuerung 30 verbunden ist und welche eine vergangene Zeitdauer von dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Brennstoffzellenstapel 22 erneut gestartet wird, nachdem der Betrieb gestoppt worden ist, misst. Die Vergangene-Zeit-Messvorrichtung 140 kann z. B. aus einer Zählschaltung oder dergleichen hergestellt sein.
Die Steueranweisung-Aufnahmeeinheit 150 ist mit der Steuerung 30 verbunden und hat eine Funktion, eine Inbetriebnahmeanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 und eine Betriebsstoppanweisung des Brennstoffzellensstapels 22, welche von Außen zugeführt bzw. übertragen werden, zu erhalten.
Eine Benachrichtigungsvorrichtung 130 ist eine Vorrichtung, welche mit der Steuerung 30 verbunden ist und den Nutzer bzw. den Anwender oder dergleichen über den Betriebsausfalls (Fehlfunktion bzw. Fehler) des Oxidationsgaszuführabstellventils bzw. Oxidationsgaszuführventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils bzw. Oxidationsgasauslassventils 34 im Brennstoffzellensystem 10 benachrichtigt. Die Benachrichtigungsvorrichtung 130 ist nahe einem Lenkrad platziert, das bei einem Fahrersitz vorgesehen ist.
Die Steuerung 30 umfasst eine CPU 100 und einen Speicher 110. Die Steuerung 30 hat eine Funktion, den gesamten Betrieb des Brennstoffzellenkörpers 20 zu steuern und den Betriebsausfall der Ventile, die im Brennstoffzellenkörper 20 vorgesehen sind, zu beurteilen. Die Steuerung 30 ist aus einem Computer ausgebildet, welcher für eine Brennstoffzelle angepasst ist.
Die CPU 100 umfasst ein BZ-Systemsteueranweisung-Aufnahmemodul 101, ein BZ-Systeminbetriebnahmemodul 102, ein BZ-Systembetriebsmodul 103, ein BZ-Systemstoppmodul 104, ein Kathodendruckmessmodul 106, ein Vergangene-Zeit-Beurteilungsmodul 108, und ein Betriebsausfallbeurteilungsmodul 109. Diese Funktionen können durch Ausführen einer Software realisiert werden, und insbesondere durch Ausführen eines Abstellventil-Betriebsausfall-Beurteilungsprogramms, das im Speicher 110 gespeichert ist. Alternativ kann ein Teil oder auch alle dieser Funktionen durch Hardware realisiert werden. Der Speicher 110 ist eine Speichervorrichtung, welche das Abstellventil-Betriebsausfall-Beurteilungsprogramm und darüber hinaus auch weitere notwendige Informationen speichert.
Das BZ-Systemsteueranweisung-Aufnahmemodul 101 hat eine Funktion, zu beurteilen, ob die Anweisung, die durch die Steueranweisung-Aufnahmeeinheit 150 erhalten wird, eine Inbetriebnahmeanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 oder eine Betriebsstoppanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 ist.
Das BZ-Systeminbetriebnahmemodul 102 hat eine Funktion, die Inbetriebnahmeanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 zu empfangen bzw. aufzunehmen, und eine Inbetriebnahmesteuerung des Brennstoffzellenstapels 22 auszuführen. Das BZ-Systeminbetriebnahmemodul 102 hat zudem eine Funktion, eine Steuerung auszuführen, um das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 während der Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels 22 zu öffnen.
Das BZ-Systembetriebsmodul 103 hat eine Funktion, eine Betriebssteuerung des Brennstoffzellenstapels 22 auszuführen, nachdem das BZ-Systeminbetriebnahmemodul 102 den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestartet hat.
Das BZ-Systemstoppmodul 104 hat eine Funktion, die Betriebsstoppanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 aufzunehmen und eine Steuerung auszuführen um den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 zu stoppen. Zusätzlich hat das BZ-Systemstoppmodul 104 eine Funktion, eine Steuerung auszuführen, um das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 während des Stoppens des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 zu schließen.
Wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird, misst das Kathodendruckmessmodul 106 mittels der Kathodendruckmessvorrichtung 23 den Druckwert des Oxidationsgaswegs 38 im Brennstoffzellenstapel 22 und speichert den Stoppzeit-Kathodendruckwert im Speicher 110. Das Kathodendruckmessmodul 106 misst außerdem mittels der Kathodendruckmessvorrichtung 23 den Druckwert des Oxidationsgaswegs 38, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 wieder gestartet wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt worden ist, und speichert den Inbetriebnahme-Kathodendruckwert im Speicher 110.
Das Vergangene-Zeit-Beurteilungsmodul 108 hat eine Funktion, zu beurteilen, ob die Zeitdauer, die durch die Vergangene-Zeit-Messvorrichtung 140 gemessen wird in eine Beurteilungsverbietungsdauer, die später beschrieben wird (z. B. 20 Minuten nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird), fällt oder nicht.
Das Betriebsausfallbeurteilungsmodul 109 hat eine Funktion, den Betriebsausfall bzw. den Betriebsfehler des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 zu beurteilen. Genauer gesagt nimmt das Betriebsausfallbeurteilungsmodul 109 vom Speicher 110 zwei Kathodendruckwerte auf; d. h. den Stoppzeit-Kathodendruckwert, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird und den Inbetriebnahme-Kathodendruckwert, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 wieder gestartet wird, und vergleicht die zwei Kathodendruckwerte, um den Betriebsausfall bzw. Betriebsfehler des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 zu beurteilen. Das Betriebsausfallbeurteilungsmodul 109 benachrichtigt den Nutzer bzw. Anwender oder dergleichen über die Benachrichtigungsvorrichtung 130.
2 zeigt ein Diagramm, das eine Veränderung bezüglich der Zeit des Kathodendruckwertes darstellt, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird, wobei der Kathodendruckwert entlang einer Vertikalachse aufgetragen wird und die Zeit entlang einer Horizontalachse. 2 stellt eine Kathodendruckkennlinie 12 dar, welche eine normale Veränderung des Kathodendruckwertes darstellt, und eine Kathodendruckkennlinie 14, welche eine anomale bzw. ungewöhnliche Veränderung des Kathodendruckwertes darstellt. Hierbei werden während des Stoppens des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 geschlossen, wenn das Brennstoffzellensystem 10 gestoppt wird. In diesem Zustand kann das Zuführen von Oxidationsgas zum Brennstoffzellenstapel 22 gestoppt werden, wobei das Oxidationsgas (Sauerstoff und Stickstoff) noch im Brennstoffzellenstapel 22 verbleibt. Daher hat sofort nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird der Kathodendruckwert einen Initialwert bzw. Anfangswert wie in 2 dargestellt.
Eine der Linien bzw. einer der Graphen, die Kathodendruckkennlinie 12, ist ein Graph, der einen Zustand darstellt, in dem kein Öffnungsfehler auftritt, welcher eine Form eines Betriebsfehlers im Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und im Oxidationsgasauslassabstellventil 34 ist, wobei sich der Kathodendruckwert mit der Zeit normal verändert. Die Veränderung bezüglich der Zeit des Kathodendruckwertes auf der Kathodendruckkennlinie 12 kann in drei verschiedene Perioden bzw. Dauern, d. h. Dauer a, Dauer b und Dauer c, unterteilt bzw. beschrieben werden. Anschließend werden Dauer a, Dauer b und Dauer c detailliert beschrieben. Hierbei betrifft der Öffnungsfehler einen Zustand, in dem das Ventil, das am Durchflussweg vorgesehen ist, sich im geöffneten Zustand befindet, obwohl das Ventil geschlossen sein sollte. Wenn das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 den Öffnungsfehler aufweist, wäre die Veränderung bezüglich der Zeit des Kathodendruckwertes des Brennstoffzellenstapels 22 ähnlich der Veränderung bezüglich der Zeit, die durch die Kathodendruckkennlinie 14, die später zu beschreiben ist, dargestellt wird. Zum Zwecke dieser Beschreibung wird angenommen, dass es keinen Öffnungsfehler im Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 gibt. Zusätzlich wird nachfolgend angenommen, dass der Betriebsdefekt ein Öffnungsfehler ist, solange kein anderer Defekt besonders identifiziert bzw. gekennzeichnet wird.
In bzw. während der Dauer a wandert der in der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibende Wasserstoff von der Anodenseite zur Kathodenseite, und reagiert mit Sauerstoff, welcher auf der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibt. Somit werden der Betrag bzw. die Menge von Sauerstoff in der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 als auch der Kathodendruckwert reduziert.
In bzw. während der Dauer b, nachdem ein Großteil des in der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibenden Sauerstoffs verbraucht ist, existiert kaum noch Sauerstoff, welcher mit Wasserstoff, der von der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 zur Kathodenseite wandert, reagieren kann. Somit wird der Kathodendruck vorübergehend erhöht, da es Wasserstoff gibt, der nicht reagieren kann.
In bzw. während der Dauer c, da der in der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibende Stickstoff eine niedrigere Permeationsgeschwindigkeit als Wasserstoff hat, wandert der Stickstoff langsam von der Kathodenseite zur Anodenseite. Somit wird der Druck der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 reduziert, da auch die Menge von Stickstoff reduziert wird.
Wie in 2 dargestellt wird der Kathodendruck während der Dauern a und b vorübergehend reduziert und anschließend vorübergehend erhöht. Daher, falls der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 wieder gestartet wird, der Kathodendruckwert gemessen wird, und der Stoppzeit-Kathodendruckwert und der Inbetriebnahme-Kathodendruckwert während dieser Dauer verglichen werden, besteht die Möglichkeit bzw. Gefahr einer fehlerhaften Beurteilung bezüglich des Betriebsdefekts des Oxidationsgaszuführabstellventils bzw. Oxidationsgaszuführventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils bzw. Oxidationsgasauslassventils 34. Somit werden diese Dauern a und b als Beurteilungsverbietungsdauern (z. B. Zeitdauern von 20 Minuten vom Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 an) bezeichnet, wobei es möglich ist, eine Konfiguration bereitzustellen, in welcher die Beurteilung des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 nicht ausgeführt wird, wenn der Brennstoffzellenstapel 22 während dieser Beurteilungsverbietungsdauer wieder gestartet wird. Nachdem die Dauer c begonnen hat, ist der Unterschied zwischen den zwei Kathodendruckwerten groß genug, wodurch eine fehlerhafte Beurteilung bezüglich der Beurteilung des Betriebsdefekts des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 verhindert bzw. gehemmt werden kann. Zusätzlich kann, bevorzugt, um ausreichend Zeit zum Reduzieren der Möglichkeit bzw. Gefahr einer fehlerhaften Beurteilung zu gewährleisten z. B. die Beurteilung ausgeführt werden, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 wieder gestartet wird, z. b. nach zwei Stunden oder länger (Dauer d in 2), nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 gestoppt wird.
Die andere Kennlinie, die Kathodendruckkennlinie 14, ist eine Kennlinie, welche einen Fall darstellt, in welchem es einen Betriebsdefekt in dem Oxidationsgaszuführabstellventil und/oder dem Oxidationsgasauslassabstellventil 34 gibt, und sich der Kathodendruckwert nicht auf normale Weise bezüglich der Zeit verändert. In der Kathodendruckkennlinie 14 wandert auf der Anodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibender Wasserstoff von der Anodenseite zur Kathodenseite, und reagiert mit auf der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 verbleibendem Sauerstoff, wodurch die Wasserstoffmenge auf der Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels 22 reduziert wird. Da jedoch Oxidationsgas neu durch das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und/oder das Oxidationsgasauslassabstellventil 34, welche sich im Betriebsdefekt-Zustand befinden, zugeführt wird, wird der Zustand, in dem sich der Kathodendruckwert nicht signifikant verändert, fortgeführt.
Ein Betrieb der obenstehend beschriebenen Struktur wird anschließend bezüglich der Figuren beschrieben. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das Schritte einer Beurteilung eines Betriebsdefekts des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34, welche an Durchflusswegen im Brennstoffzellensystem 10 vorgesehen sind, darstellt. Die Schritte entsprechen den Schritten von Prozessen bzw. Verfahren des Abstellventil-Betriebsdefektbeurteilungsprogramms. Der Betrieb wird auch bezüglich der Bezugszeichen von 1 und 2 beschrieben.
Wenn das Abstellventil-Betriebsdefektprogramm gestartet wird, wird zuerst beurteilt, ob eine Anweisung, die durch die Steueranweisung-Aufnahmeeinheit 150 aufgenommen wird, eine Anweisung ist, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 zu stoppen oder nicht (S10). Wenn beurteilt wird, dass die Anweisung keine Anweisung zum Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 ist, kehrt der Prozessablauf zu S10 zurück, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Diese Funktion wird durch die Funktion des BZ-System-Steueranweisung-Aufnahmemoduls 101 der CPU 100 ausgeführt.
Wenn beurteilt wird, dass die Anweisung die Anweisung ist, den Betrieb des Brennstoffzellenstapels 22 zu stoppen, wird eine Steuerung ausgeführt, das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 zu schließen (S12). Diese Funktion wird durch die Funktion des BZ-Systemstoppmoduls 104 der CPU 100 ausgeführt. Anschließend schreitet der Prozessablauf von S12 zu S14 voran.
Wenn anschließend der Brennstoffzellenstapel 22 bzw. dessen Betrieb gestoppt wird, wird der Druckwert des Oxidationsgasweges 38 im Brennstoffzellenstapel 22 mittels der Kathodendruckmessvorrichtung 23 gemessen, und der Stoppzeit-Kathodendruckwert im Speicher 110 gespeichert (S14). Diese Funktion wird durch die Funktion des Kathodendruckmessmoduls 106 der CPU 100 ausgeführt. Der Prozessablauf schreitet anschließend von S14 zu S16 voran.
Es wird beurteilt, ob eine Anweisung, die durch die Steueranweisung-Aufnahmeeinheit 150 aufgenommen wird, eine Anweisung ist, den Brennstoffzellenstapel 22 bzw. dessen Betrieb wieder zu starten oder nicht (S16). Wenn beurteilt wird, dass die Anweisung keine Neustartanweisung für den Brennstoffzellenstapel 22 ist, kehrt der Prozessablauf zu S16 zurück, nachdem eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Diese Funktion wird durch die Funktion des BZ-System-Steueranweisung-Aufnahmemoduls 101 der CPU 100 ausgeführt.
Wenn beurteilt wird, dass die Anweisung die Neustartanweisung bzw. Inbetriebnahmeanweisung des Brennstoffzellenstapels 22 ist, wird beurteilt, ob die Zeitdauer, die durch die Vergangene-Zeit-Messvorrichtung 140 gemessen wird, die Beurteilungsverbietungsdauer überschreitet (S18). Wenn beurteilt wird, dass die Beurteilungsverbietungsdauer nicht überschritten wird, schreitet der Prozess bzw. das Verfahren zu einem ENDE-Prozess voran, welcher ein Abschlussprozess des Programms ist. Wenn hingegen beurteilt wird, dass die Beurteilungsverbietungsdauer überschritten wird, schreitet der Prozessablauf zu S20 voran. Diese Funktion wird durch die Funktion des Vergangene-Zeit-Beurteilungsmoduls 108 der CPU 100 ausgeführt.
Während des Neustarts des Brennstoffzellenstapels 22 wird der Druckwert des Oxidationsgasweges 38 im Brennstoffzellenstapel 22 durch die Kathodendruckmessvorrichtung 23 gemessen, wobei der Neustart-Kathodendruckwert im Speicher 110 gespeichert wird (S20). Diese Funktion wird durch die Funktion des Kathodendruckmessmoduls 106 der CPU 100 ausgeführt. Der Prozessablauf schreitet anschließend von S20 zu S22 voran.
Es wird beurteilt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren des Neustartkathodendruckwertes zum Neustart des Brennstoffzellenstapels 22, vom Stoppzeit-Kathodendruckwert beim Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 erhalten bzw. aufgenommen wird kleiner oder gleich 10 kPa ist oder nicht (S22). Wenn die Differenz zwischen den zwei Kathodendruckwerten kleiner oder gleich 10 kPa ist, wird beurteilt, dass das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und/oder das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 zwischen bzw. unter dem Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und dem Oxidationsgasauslassabstellventil 34 sich in einem Betriebsdefektzustand befindet, wobei eine Benachrichtigung zum Nutzer bzw. Anwender durch die Benachrichtigungsvorrichtung 130 gesendet wird, und den Anwender somit benachrichtigt, dass sich das Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und/oder das Oxidationsgasauslassabstellventil 34 im Betriebsdefektzustand befindet (S24). Wenn die Differenz zwischen den zwei Kathodendruckwerten größer oder gleich 10 kPa ist, schreitet der Verfahrensablauf zum ENDE-Prozess voran, welcher den Abschluss des Prozesses des Programms darstellt. Diese Funktion wird durch ein Betriebsdefektbeurteilungsmodul 109 der CPU 100 ausgeführt.
Daher ist es wie obenstehend beschrieben durch beurteilen, ob ein Wert, der durch Subtrahieren des Inbetriebnahme-Kathodendruckwertes zum Neustart des Brennstoffzellenstapels 22 vom Stoppzeit-Kathodendruckwert beim Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 erhalten wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert (hier: 10 kPa) ist oder nicht, möglich, den Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 zu erfassen, und den Nutzer bzw. Anwender über das Ergebnis zu benachrichtigen. Wenn das Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventil 36 sich auch im Betriebsdefektzustand befindet, stellt der Kathodendruckwert jedoch wie obenstehend beschrieben die Veränderung bezüglich der Zeit ähnlich der Kathodendruckkennlinie 14 dar. Daher wird der Wert, der durch Subtrahieren des Inbetriebnahme-Kathodendruckwertes während des Neustarts des Brennstoffzellenstapels 22 vom Stoppzeit-Kathodendruckwert beim Stoppen des Betriebs des Brennstoffzellenstapels 22 erhalten wird kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert. Daher ist es möglich, auch den Betriebsdefekt des Oxidationsgas-Befeuchter-Bypassabstellventils 36 zu erfassen.
Alternativ ist es anstelle der Konfiguration, den Betriebsdefekt sofort zu beurteilen bzw. zu erfassen, wenn einmal beurteilt wurde, dass die Differenz zwischen den Kathodendruckwerten kleiner oder gleich dem Grenzwert ist, wie obenstehend beschrieben, auch möglich, eine Konfiguration bereitzustellen, in welcher das Stoppen des Betriebs und der Neustart bzw. die Inbetriebnahme des Brennstoffzellenstapels 22 wiederholt werden, und eine Zählerschaltung (nicht dargestellt) jedes Mal erhöht wird, wenn der Betriebsdefekt während einer Mehrzahl von Beurteilungsoperationen beurteilt wird. Wenn der Wert der Zählerschaltung einen vorbestimmten Wert (z. B. 10) erreicht, wird beurteilt, dass sich die Vorrichtung im Betriebsdefektzustand befindet, und der Nutzer bzw. Anwender kann vom Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführabstellventils bzw. Oxidationsgaszuführventils 32 und/oder des Oxidationsgasauslassabstellventils bzw. Oxidationsgasauslassventils 34 durch die Benachrichtigungsvorrichtung 130 benachrichtigt werden. Zusätzlich ist es möglich, eine Konfiguration bereitzustellen, in welcher während des Prozesses der Erhöhung bzw. schrittweisen Erhöhung der Zählerschaltung, wenn es auftritt, dass die Differenz der Druckwerte größer oder gleich dem Grenzwert ist, d. h. die Beurteilung von keinem Betriebsdefekt mehrmals wiederholt wird, beurteilt wird, dass es keinen Betriebsdefekt im Oxidationsgaszuführabstellventil 32 und dem Oxidationsgasauslassabstellventil 34 gibt, und der Zählwert der Zählerschaltung gelöscht wird. Mittels einer solchen Konfiguration ist es möglich, den Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführabstellventils 32 und des Oxidationsgasauslassabstellventils 34 genauer zu erfassen, und den Nutzer bzw. Anwender über das Ergebnis zu benachrichtigen.

Claims

Brennstoffzellensystem (10) aufweisend: ein Oxidationsgaszuführventil (32), das an einem Durchflussweg (37) zum Zuführen von Oxidationsgas, das Luft ist, zu einem Brennstoffzellenstapel (22) vorgesehen ist; ein Oxidationsgasauslassventil (34), das an einem Durchflussweg (39) zum Auslassen des Oxidationsgases vom Brennstoffzellenstapel (22) vorgesehen ist; eine Druckerfassungseinheit (23), welche einen Kathodendruckwert erfasst, welcher ein Druck in einem Durchflussweg (38) zwischen dem Oxidationsgaszuführventil (32) und dem Oxidationsgasauslassventil (34) ist, und einen Oxidationsgasdurchflussweg (38) im Brennstoffzellenstapel (22) umfasst; und einen Stopp-Prozessor, welcher das Oxidationsgaszuführventil (32) und das Oxidationsgasauslassventil (34) schließt, wenn ein Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird; das Brennstoffzellensystem (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass es weiter aufweist: eine Beurteilungseinheit, welche einen Betriebsdefekt des Oxidationsgaszuführventils (32) und des Oxidationsgasauslassventils (34) basierend auf einem Stoppzeit-Kathodendruckwert, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird, und einem Inbetriebnahme-Kathodendruckwert, wenn der Brennstoffzellenstapel (22) wieder in Betrieb genommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt worden ist, beurteilt, wobei die Beurteilungseinheit die Betriebsdefektbeurteilung ausführt, wenn eine Zeitdauer von dem Zeitpunkt an, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt wird, bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) wieder aufgenommen wird, nachdem der Betrieb des Brennstoffzellenstapels (22) gestoppt worden ist, größer oder gleich einer gesamten Zeitdauer aus einer Zeitdauer ist, in welcher ein Kathodendruckwert aufgrund einer Reaktion des Brenngases, das von der Anodenseite zur Kathodenseite wandert, und des verbleibenden Sauerstoffs im Oxidationsgas auf der Kathodenseite reduziert wird, einer Zeitdauer, in welcher der Kathodendruckwert aufgrund des auf der Kathodenseite vorhandenen Brenngases, nachdem der verbleibende Sauerstoff im Oxidationsgas verbraucht ist, vorübergehend angehoben wird, und einer Zeitdauer, in welcher der Kathodendruckwert aufgrund einer Reduzierung von im Oxidationsgas verbleibendem Stickstoff reduziert wird.
Brennstoffzellensystem nach Anspruch 1, wobei die Beurteilungseinheit beurteilt, dass sich das Oxidationsgaszuführventil (32) und/oder das Oxidationsgasauslassventil (34) sich im Betriebsdefektzustand befinden, wenn ein Wert, der durch Subtrahieren des Inbetriebnahme-Kathodendruckwertes vom Stoppzeit-Kathodendruckwert erhalten wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist.